On 01/05/14 20:39, multivac85_at_gmail.com wrote:
[...]
>
>
> Volevo perciò sapere se questa concezione riduzionistica di Dirac è stata confutata o superata oppure se si può
> dire che solo alcuni aspetti della chimica possono essere conosciuti a partire soltanto da concezioni legate
> solo a termini e concetti di tipo fisico. Ho presente i campi della "Chimica computazionale" e
> della "Chimica quantistica" ma mi chiedevo se esse si potessero ritenere parte della fisica,
> dato che mi pare che assumano già come punto di partenza termini della chimica. Mi chiedevo
> peraltro se conoscete qualche testo o articolo che cerca di fare il punto su questo tema legato
> alle due discipline.
Ciao,
riporto in maniera più completa il famoso passaggio di Dirac [Proc. Roy.
Soc. Lond. A, 73, 714 (1929)]:
The general theory of quantum mechanics is now almost complete, the
imperfections that still remain being in connection with the exact
fitting in of the theory with relativity ideas. These give rise to
difficulties only when high-speed particles are involved, and are
therefore of no importance in the consideration of atomic and molecular
structure and ordinary chemical reactions, in which it is, indeed,
usually sufficiently accurate if one neglects relativity variation of
mass with velocity and assumes only Coulomb forces between the various
electrons and atomic nuclei. The underlying physical laws necessary for
the mathematical theory of a large part of physics and the whole of
chemistry are thus completely known, and the difficulty is only that the
exact application of these laws leads to equations much too complicated
to be soluble. It therefore becomes desirable that approximate practical
methods of applying quantum mechanics should be developed, which can
lead to an explanation of the main features of complex atomic systems
without too much computation.
E' considerato profetico dei futuri sviluppi della chimica quantistica e
fisica della materia. Una discussione del passaggio è stata data per es.
dal chimico teorico W. Kutzelnigg in Theor. Chem. Acc., 103, 182 (2000).
La citazione è essenzialmente corretta, anche se non è vero come Dirac
scriveva che gli effetti dovuti alla relatività speciale non siano di
alcuna importanza nella chimica e fisica della materia. E' bel noto che
proprietà fisico-chimiche di sistemi contenenti atomi pesanti (oro e
mercurio per citare i più noti) siano fortemente influenzate dalle
correzioni relativistiche. Le correzioni relativistiche negli atomi
leggeri sono chiaramente visibili spettroscopicamente (basti pensare
alla struttura fine dell'atomo di idrogeno) ma sono 'piccole'. In ogni
caso, visto che l'equazione d'onda relativistica che e' alla base di
TUTTA la chimica quantistica relativistica e' pure dovuta a Dirac, direi
che non sia il caso di criticare troppo questo punto
Bisogna inoltre ricordare il contesto storico negli anni 20; i chimici
avevano
gia' da tempo formulato le loro 'leggi' (=linee guida)
riguardanti il legame chimico (la cosiddetta valenza atomica), le
geometrie di equilibrio delle molecole, la tavola periodica ecc.
Dal punto di vista della meccanica classica o della vecchia
meccanica quantistica di Bohr-Sommerfeld non c'era modo
alcuno di descrivere il legame chimico.
Con la meccanica quantistica la situazione cambia radicalmente e
l'equazione di Schrodinger descrive correttamente il legame chimico e le
altre proprieta' chimiche, anche se calcolare direttamente tali
proprieta', o estrarre i concetti della chimica classica (l'immagine di
molecole a palline e bastoncini) dalle funzioni d'onda a molti corpi di
nuclei e elettroni non e' banale.
C'e' poi la questione del riduzionismo in generale, delle proprieta'
emergenti ecc., ma questo non ha particolarmente a che vedere con il
rapporto tra fisica e chimica. Per esempio, anche se l'equazione di
Schrodinger per l'atomo di idrogeno e per un solido formalmente e' (per
cosi' dire) la stessa, passando del sistema piccolo al sistema grande le
proprieta' (e con loro gli strumenti teorici e le astrazioni necessari)
cambiano molto. Per esempio lo spettro a microonde e infrarosso di un
atomo (che ha solo uno spettro elettronico) è completamente diverso da
quello di una molecola biatomica (che ha uno spettro rotazionale e
roto-vibrazionale); in una molecola con tre atomi ci sono nuove
proprietà non presenti affatto in molecole biatomiche, per esempio
quelle legate all'intersezione di superficie di energia potentiale (fase
geometrica). Con quattro atomi possiamo avere una molecola chirale e
quindi la possibilità di avere enantiomeri. Quindi alcune proprietà di
una molecola con quattro atomi `non esistono' se consideriamo
solo quattro atomi isolati.
C'è un vecchio libro, che ho in parte letto molto tempo fa che potrebbe
interessarti:
Hans Primas, Chemistry, quantum mechanics and reductionism: perspectives
in theoretical chemistry. Springer-Verlag 1983
http://link.springer.com/book/10.1007%2F978-3-642-69365-6
Lo stesso autore ha anche scritto vari articoli su temi simili, ad es.
http://philsci-archive.pitt.edu/951/1/Realism&QuantumMechanics.pdf
Ciao,
L.
Received on Thu May 22 2014 - 13:08:23 CEST